Особенности энергетического обмена и процессов переноса в активных средах (этап1, промежуточный)

1. Разработана модель активной микрочастицы в разреженной газовой среде. С помощью численного моделирования методом молекулярной динамики изучены кинетические характеристики броуновского движения микрочастицы с разогретой поверхностью в разреженном идеальном газе. Получены функции распределения по скоростям и коэффициенты диффузии для различных отношений масс частицы и атомов идеального газа, для различных отношений температур равномерно нагретой поверхности частицы и окружающего газа, а также для различных температурных градиентов неравномерно нагретой поверхности частицы. Показано, что величина коэффициента диффузии нагретой частицы в идеальном газе имеет конечный предел (при отношении температур поверхности и газа, стремящейся к бесконечности), движение неравномерно нагретой частицы может описываться в рамках модели активной броуновской частицы. 2. Выполнен аналитический и численный анализ динамики заряженных активных броуновских частиц в изотропной электростатической ловушке. Исследовано влияние постоянного магнитного поля на динамику броуновского движения заряженных частиц. Моделирование выполнялось для кластерных систем частиц с кулоновским взаимодействием в широком диапазоне их параметров. Выполнен анализ спектральной плотности смещений частиц и процессов массопереноса в моделируемых ансамблях. 3. Получены результаты аналитического и численного исследований спектральных характеристик стохастического (теплового) движения для двух заряженных активных броуновских частиц в анизотропном электрическом поле ловушки. Рассмотрены колебания диссипативной системы из двух взаимодействующих частиц во внешнем силовом поле при воздействии случайных сил. Впервые предложены аналитические соотношения для спектральной плотности смещений в такой системе с однородными и неоднородными тепловыми источниками, а также с учетом "нарушения" симметрии межчастичного взаимодействия. Полученные соотношения проверены путем численного моделирования задачи. 4. Исследовано перераспределение кинетической энергии между степенями свободы в сильно неидеальных системах заряженных активных частиц в электростатической ловушке при постоянном магнитном поле. Предложены условия энергетического баланса для заряженных частиц в системах с пространственно неоднородными тепловыми источниками. 5. Выполнены исследования условий развития амплитудной неустойчивости в трехмерных открытых диссипативных системах типа Юкавы, состоящих из девяти заряженных броуновских частиц в объемно- центрированной кубической (ОЦК) ячейке. Для поиска критерия формирования амплитудной неустойчивости использовался аналитический подход, основанный на определении энергетически выгодной точки перегиба потенциальной энергии системы при отклонении частиц от своего равновесного положения. Показано, что кривая критических значений параметров, при которых развивается амплитудная неустойчивость в девятичастичном Юкава-кластере, с хорошей точностью пропорциональна кривой плавления (кристалл- жидкость) для протяженной ОЦК-решетки. 6. Проведено экспериментальное исследование динамики композитных частиц в газоразрядной плазме при воздействии лазерного излучения. В качестве мелкодисперсной компоненты использовались калиброванные сферические полимерные микрочастицы с модифицированной (металлизированной) поверхностью. Анализ поверхности частиц показал, что в результате экспозиции в плазме ВЧ-разряда пылевые частицы приобрели островковое металлическое покрытие из продуктов эрозии электродов. Было показано, что полимерные микрочастицы с модифицированной поверхностью, находящиеся в плазме при воздействии лазерного излучения, проявляют свойства активных броуновских частиц. Такие эксперименты были проведены впервые. Полученные за отчетный период результаты представляют фундаментальный интерес, как в области физики комплексной (пылевой) плазмы и коллоидных систем, так и с точки зрения более глубокого изучения кинетики неравновесных процессов в активных средах.